Тиристорный преобразователь для двигателя постоянного тока регулирует работу привода при токе до сотен ампер.
Содержание
- 1 Что такое тиристор
- 2 Общая классификация
- 3 Типовая конструкция и принцип работы
- 4 Управление работой
- 4.1 Использование трансформатора
- 5 Управление электродвигателем при помощи тиристора
Тиристорные преобразователи позволяют подавать на двигатель импульсы электрического тока различной конфигурации. Характеристики и пропускная способность меняются в зависимости от спецификаций системы и самого устройства.
В последнее время промышленные системы, приводимые в движение электричеством, все чаще включают в себя тиристорный преобразователь для двигателя постоянного тока. Эти полупроводниковые вентили позволяют осуществлять управление приводом в значительном диапазоне: сила тока может превышать сотни ампер, а напряжение достигает 1000В и выше.
При своих повышенных технических показателях тиристорный электропривод отличается компактными габаритными размерами.
При этом его быстродействие превышает аналогичные показатели у других систем похожего назначения, а диапазон рабочих температур позволяет эксплуатировать двигатель постоянного тока в окружающей среде от -60 до +60 по Цельсию.
Что такое тиристор
Тиристорная система – это частично управляемая система преобразования напряжения. Общая схема работы предполагает активацию привода в момент подачи потенциала необходимого уровня на управляющий электрод. Чтобы отключить тиристорный преобразователь двигателя постоянного тока, необходимо выполнить принудительный разрыв цепи. Это можно осуществить тремя способами:
- подать гасящее напряжение, имеющее значение, противоположное пусковому импульсу;
- отключить энергоснабжение всего привода;
- провести ток питания через ноль.
Скорость вращения электродвигателя зависит от среднего значения напряжения, уже прошедшего через выпрямитель. Тиристорный электропривод позволяет управлять моментом подачи основного потока выпрямленного напряжения и его задержкой.
Регулируя момент подачи, можно осуществлять общее управление двигателем постоянного тока.
Общая классификация
Проведя исследование системы, предполагающей наличие тиристора, можно определить наиболее оптимальную схему включения. От выбранного типа запуска непосредственно зависит средний уровень напряжения, выдаваемого выпрямителем при условии отсутствия вмешательства со стороны оператора. В случаях, когда тиристор применяется для двигателя постоянного тока, используются два класса тиристорных преобразователей – мостовые и оснащенные выходом с нулевым значением.
Тиристорный преобразователь мостового типа, как правило, устанавливается в высокомощных системах. Это оптимально в силу того, что каждый такой тиристор может обладать меньшим уровнем напряжения, что позволяет распределить общую нагрузку между несколькими узлами и снизить нагрузку на каждый из них. Кроме того, выпрямленное через мостовой тиристор напряжение не будет иметь постоянную составляющую, что повышает стабильность работы при проходе электрического тока через преобразующие обмотки.
Еще одним отличием между разными классами тиристоров является количество фазовых выходов. Оборудование и приборы, имеющие малый уровень энергопотребления, требуют наличия у тиристора всего нескольких фаз. Если преобразователь спроектирован для работы в высоконагруженных комплексах, его конструкция может включать от 12 до 24 фазовых контактов.
Вне зависимости от выбранного типа активации и общей конструкции данная категория преобразователей напряжения будет иметь все преимущества использования тиристоров. Сюда входит полное отсутствие вращающихся деталей, которые ускоряют процесс износа и требуют периодической замены. Из этого вытекает другое преимущество – низкая инерционность. Главным отличием от простых электромеханических преобразователей электрического тока является компактность, что положительно влияет на совместимость с устройствами, где мало свободного места.
- если настройка напряжения проводится в сторону снижения, выходная мощность начинает падать пропорционально уменьшению энергоснабжения;
- при работе преобразователя создаются высшие гармоники, которые сразу попадают в сеть питания всей системы;
- тиристор жестко связан с цепью подачи питания, из-за чего малейший скачок напряжения сразу отзывается в системе.
Изменение характеристик подаваемого на двигатель тока создает толчок оси, скачкообразно меняя скорость ее вращения, а это в свою очередь вызывает всплеск тока.
Изменение характеристик подаваемого на двигатель тока создает толчок оси, скачкообразно меняя скорость ее вращения, а это в свою очередь вызывает всплеск тока.Эксплуатационные показатели электродвигателя, который работает в связке с тиристорным преобразователем, напрямую зависят от уровня напряжения, которое подается на якорь. Также важную роль играет создаваемая приводом нагрузка.
Типовая конструкция и принцип работы
Тиристором называется полупроводник, изготовленный из кремния. Как правило, он состоит из четырех токопроводящих слоев. Сборка проводится на медном основании, которое имеет шесть граней и хвостовик с нарезанной резьбой. Этот элемент дополняется основной структурой, в производстве которой применяется специальный кремний.
Четырехслойный пропускной комплекс имеет два выхода – управляющий и отрицательный. Снаружи вся конструкция защищена железным корпусом, имеющим форму цилиндра и оснащенным изоляционным слоем. При помощи резьбы тиристор устанавливается в специальное посадочное место и подключается к плюсовому полюсу цепи питания с анодным напряжением.
Управление работой
Общая схема действия заключается в прохождении через тиристор электричества под действием анодного напряжения. При этом величина напряжения на выходе зависит от показателей управляющего тока, который подается на контрольный электрод. Если подача управляющего тока прервана, анодное напряжение, выходящее к потребителю, начнет расти, при этом сохраняя низкую величину.
Когда входящее напряжение нарастает, объем тока, необходимого для открытия тиристора, уменьшается. Между этими показателями наблюдается прямая пропорция, которая прослеживается в любой конструкции тиристорного преобразователя.
Применение закона синуса для управления входящим напряжением также позволяет снизить уровень последнего. При этом управляющий ток снижается пропорционально импульсу, необходимому для открытия основного механизма. Сохранение постоянного управляющего напряжения не приводит к открытию тиристора в случае, когда его уровень ниже, чем у импульса управления.
Наращивание управляющего напряжения приводит к открытию тиристора при определенных условиях.
Для этого необходимо обеспечить превышение показателя управляющего импульса. Используя возможность настройки характеристик управляющего импульса, можно менять угол открытия тиристора в диапазоне от нуля до 90 градусов.
В тех случаях, когда необходимо открыть тиристор на больший угол, управляющее напряжение меняется на переменное. В большинстве ситуаций амплитуда тока является синусоидальной. Когда напряжение достигает показателя, равного точке пересечения синусоидой величины управляющего импульса, происходит открытие тиристора.
Путем изменения интервала синуоиды в меньшую или большую сторону, также можно настраивать угол открытия пропускного механизма преобразователя. Данный тип управления работой тиристора называется горизонтальным и реализуется благодаря применению устройства под названием фазосмещатель. Обратный вид контроля – вертикальный – предполагает сдвиг синусоиды вверх либо вниз, что также приводит к изменению угла открытия проводника. Чтобы определить конечную величину, необходимую для воздействия на угол, необходимо выполнить вычисление суммы переменного управляющего напряжения и постоянного тока, формирующего синусоиду.
Задать конкретный угол, на который необходимо открыть тиристор, возможно путем настройки постоянного напряжения.
Как только тиристор открыт на нужный угол, система сохраняет заданное положение, пока не будет окончен положительный полупериод. В этот промежуток времени управляющее напряжение не воздействует на функции проводника. Благодаря этой особенности становится возможным использование импульсного управления.
Импульсное управление заключается в подаче периодических волновых воздействий, равных по величине управляющему напряжению и имеющих положительный показатель. Для нормализации работы следует пускать импульсы в четко определенные моменты времени. Такой тип управления позволяет повысить четкость функционирования системы, в составе которой находится тиристорный преобразователь.
Путем изменения угла открытия тиристора можно настраивать форму импульсов, передаваемые на прибор-потребитель. Стоит учитывать, что такое управление приводит к изменению средневзвешенного уровня напряжения на зажимах потребляющего энергию устройства или механизма.
Использование трансформатора
Иногда для обеспечения более точного и стабильного управления работой тиристорных преобразователей используются сторонние узлы, например, трансформаторы. В этом случае первичная обмотка последних будет запитана непосредственно от питающей переменной сети. При этом вторичная обмотка будет включать в себя выпрямитель двухполупериодного типа, который обладает повышенным уровнем индуктивности в цепи, где присутствует постоянное напряжение.
С этим подходом становится возможным устранение эффекта пульсации тока, выпущенного из выпрямителя. Однако таким свойством обладают только двухполупериодные выпрямители, адаптированные под переменное напряжение. Амплитуда выпрямленного тока также должна соответствовать определенным характеристикам: в данном случае ее форма должна быть пилообразной либо прямоугольной. Поэтому выпрямитель также выполняет функцию преобразования формы переменного напряжения.
В процессе работы конденсаторы трансформатора попеременно получают электрический ток сразу двух форм.
Прямоугольная амплитуда энергоснабжения наблюдается в заряжающих потоках. Обкладки в свою очередь накапливают пилообразный электрический ток, который впоследствии прикладывается к транзисторным базам. Если присутствует такой тип напряжения, то его классифицируют как опорное.
Каждый установленный в трансформаторе транзистор оснащен собственной базой, которая имеет выделенную цепь. В ней действует напряжение постоянного типа, которое приводит к появлению положительных потенциалов на всех транзисторных базах при условии, что пилообразный ток на обкладках конденсаторов равен нулю. При этом открытие транзисторов производится в момент образования на базе отрицательного потенциала.
Чтобы был запущен вышеописанный процесс, необходимо увеличить отрицательную величину опорного тока настолько, чтобы она превысила значение управляющего напряжения. Это производится в зависимости от текущего уровня последнего для определенного фазового угла. В этом случае время открытия транзистора будет напрямую зависеть от значения управляющего напряжения.
Если один или оба транзистора оказываются открытыми, вторая или третья первичные обмотки трансформаторной установки пропускают через себя импульс прямоугольной формы. В момент прохождения переднего фронта вторичная обмотка формирует объем электрического тока, который выбрасывается непосредственно на электрод тиристора, управляющий его открыванием.
Когда волна напряжения проходит и первичная обмотка задета задним фронтом импульса, во вторичной обмотке образуется такой же ток, но обратной полярности. Затем происходит замыкание этого напряжения на полупроводниковым диодом, который непрерывно проводит шунтирование вторичной обмотки трансформатора. В этом случае тиристорный преобразователь бездействует, так как не получает питание.
Если необходимо реализовать параллельное подключение тиристорного массива к двум трансформаторам, конфигурация схемы меняется. Для этого выполняется генерация двух импульсов с противоположными фазами, сдвиг которых равен 180 градусам.
Управление электродвигателем при помощи тиристора
Механизмы тиристорного контроля работы электромоторов работают по принципу регулировки уровня напряжения, подаваемого на якорь и сохраняющего постоянную частоту.
С помощью этого меняется скорость вращения двигателя. Как правило, реализация такого комплекса производится через многофазное выпрямление электрического тока.
Типовая конструкция тиристорной системы управления включает в себя три таких узла, каждый из который последовательно подключен к якорю электродвигателя и вторичной обмоткой трансформаторной установки. При этом электродвижущая сила, генерируемая на последних, имеет сдвинутую фазу. Чтобы это компенсировать, в процессе настройки угла открытия тиристора на якорный комплекс мотора подается несколько пусковых импульсов, которые также смещены по фазе относительно друг друга.
В этой схеме якорь двигателя может получать как переменный, так и постоянный ток. Это зависит от того, насколько широко открыт тиристор в момент активации. Если необходимо включить многофазный реверсивный комплекс, конструкция будет включать в себя два тиристорных массива, промаркированных Т1-3 и Т4-6 соответственно. Изменение направления подачи напряжения происходит путем задействования одного из массивов, в результате чего якорь электродвигателя будет вращаться в ту или иную сторону.
В качестве альтернативного способа реверса мотора создана схема изменения направления движения электрических импульсов в обмотке возбуждения. Принцип действия будет несколько отличаться; также стоит принимать во внимание снижение коэффициента полезного действия. Это обеспечивает совместимость с двигателями, работающими в ограниченном диапазоне мощности, так как обмотки возбуждения имеют повышенный уровень индуктивности. В этом заключается их отличие от якорных обмоток, где этот показатель значительно ниже. Чаще всего такие приводы используются для приведения в действие станков для резки металла.
При помощи дополнительного массива тиристоров оператор электропривода может использовать торможение ротора, осуществив это также при помощи изменения направления электрической энергии. Помимо этого, тиристоры позволяют запускать и останавливать вращение ротора и ограничить интенсивность стартового импульса, который используется также для торможения. Благодаря этому отсутствует необходимость внедрения в электроцепь контакторов и реостатных устройств, регулирующих напряжение цепи в ручном режиме.
Применение тиристорного привода регулировки работы двигателя в сети постоянного тока может привести отсутствии выгоды интеграции силовых трансформаторных установок. Причина заключается в существенном увеличении габаритных размеров оборудования, управляемого по такому принципу. Кроме того, увеличивается итоговая стоимость комплектации, сборки и монтажа привода. Поэтому для оптимизации расходов и экономии свободного места часто применяется упрощенная схема.
16.6. Тиристорное управление электроприводом
Основными
факторами, обусловившими быстрое
развитие тиристорного электропривода,
являются следующие: высокий КПД
тиристорного преобразователя (0,95—0,97),
относительно малые габариты, масса и
инерционность тиристоров, незначительная
мощность устройств управления.
Использование тиристоров и соответствующих систем управления позволяет получать все требуемые регулировочные характеристикии динамические режимы двигателей как переменного, так и постоянного тока.
Тиристорный электропривод переменного тока. Для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя тиристоры включаются в цепь статора или ротора. В первом случае с их помощью можно регулировать амплитуду (фазное регулирование) или частоту (частотное регулирование) синусоидального напряжения на обмотках статора и, следовательно, вращающий момент на валу двигателя (14.35). Во втором случае можно изменять активное сопротивление цепи ротора и таким образом (рис. 14.25) регулировать его частоту вращения. На рис. 16.9 приведена схема
Изменяя момент времени
включения тиристоров (рис. 10.17), можно
регулировать амплитуду напряжения
основной гармоники. Выключение тиристоров
осуществляется автоматически при
изменении полярности напряжения
соответствующей фазы. Такой режим
называется естественной
коммутацией.Искусственной коммутациейназывается выключение тиристора посредством подключения к его выводам какого-либо источника энергии, создающего в нем ток обратного направления. Примером может служить тиристорное управление в цепи ротора асинхронного двигателя (рис. 16.10). Рабочий тиристор Т, замыкающий цепь выпрямленного тока через резистор r1 имеет узел искусственной коммутации. Узел искусственной коммутации содержит вспомогательный тиристор Tвс, резистор г2и конденсатор С.
Пусть
первоначально рабочий тиристор Т открыт,
а вспомогательный Твс закрыт.
В это время конденсатор С заряжается
через резистор г2 так, как показано на рис. 16.10. Подадим
теперь на управляющий электрод
вспомогательного тиристора Твс отпирающий
сигнал из устройства управления.
Вспомогательный тиристор включится, и
конденсатор начнет разряжаться через
него и рабочий тиристор. Так как при
этом разрядный ток конденсатора направлен
навстречу прямому току рабочего
тиристора, то последний выключается.
После этого конденсатор перезаряжается
через резистор r
Чтобы вновь включить рабочий тиристор, на его управляющий электрод надо подать сигнал из устройства управления. При этом конденсатор своим разрядным током выключает вспомогательный тиристор, а сам конденсатор перезаряжается, возвращаясь к состоянию, показанному на рисунке.
Следующий цикл
начинается с подачи сигнала из устройства
управления на управляющий электрод
вспомогательного тиристора.
Эквивалентное сопротивление цепи ротора зависит от отношения интервалов времени открытого и закрытого состояний рабочего тиристора. Регулируя это отношение, можно регулировать среднее значение тока ротора и, следовательно, момент, развиваемый асинхронным двигателем.
Одним из наиболее перспективных способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей является изменение частоты напряжения на обмотках статора. Для этой цели широко используются тиристорные автономные инверторы, т. е. устройства преобразования постоянного напряжения в переменное с любым числом фаз.
Рассмотрим
простейшую схему однофазного автономного
инвертора (рис. 16.11), в которой источник
постоянного напряжения Е соединен
со средней точкой первичной обмотки
трансформатора. Когда тиристор T1 включается сигналом блока управления,
а тиристор Т2 закрыт,
то источник постоянного напряжения Е подключается
к левой половине первичной обмотки
трансформатора.
Если управляющий сигнал включает тиристор Т2, то перезарядка конденсатора С закрывает тиристор T1 аналогично рис. 16.10, а источник постоянного напряжения Е подключается к правой половине первичной обмотки. В магнитопроводе возбуждается магнитный поток противоположного направления, чему соответствует и изменение направления ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке ω2. Частота переменного напряжения, получаемого от инвертора, определяется частотой генератора управляющих сигналов, включающих поочередно тиристоры.
Описанный инвертор может быть использован для плавной регулировки частоты вращения однофазных и двухфазных асинхронных двигателей (см. § 14.18).
Инвертирование
постоянного напряжения в трехфазную
или многофазную систему напряжений
осуществляется аналогично.
Обычно в
инверторе вместо источника постоянного
напряжения Е используется
выпрямленное напряжение сети переменного
тока. Если для этой цели, так же как и
для инвертирования, использовать
тиристоры, то выпрямленное напряжение
можно регулировать в широких пределах
(см. рис. 10.17). Это дает дополнительные
возможности для управления асинхронным
двигателем.
Устройства, сочетающие в себе тиристорные выпрямители и тиристорные инверторы, принято называть шириапорными преобразователями. В электроприводе иногда используют и более сложные тиристорные преобразователи, например тиристорные выпрямитель — инвертор — выпрямитель.
Применение различных способов тиристорного управления позволяет плавно и экономично регулировать частоту вращения асинхронных двигателей в диапазоне до 50 : 1 и выше.
Тиристорный
электропривод постоянного тока. При необходимости регулирования частоты
вращения двигателя постоянного тока и
получения специальных характеристик
в настоящее время широко используются
тиристорные преобразователи.
С их
помощью двигатели постоянного тока
можно подключить к сети переменного
тока.
Одна из простейших схем включения двигателя постоянного тока в трехфазную цепь переменного тока приведена на рис. 16.12. Управляющее устройство синхронно включает тиристоры в порядке чередования фаз в положительные полупериоды фазных напряжений (рис. 10.17). В отрицательные полупериоды фазных напряжений происходит естественная коммутация, и тиристоры соответствующих фаз закрываются.
Среднее значение выпрямленного напряжения трех фаз равно напряжению на якоре двигателя постоянного тока (10.10):
где α — угол запаздывания включения тиристоров.
Изменяя угол запаздывания с помощью блока управления, можно изменять постоянное напряжение на якоре двигателя, т. е. постоянный ток в цепи якоря Iя. В свою очередь это приводит к изменению вращающего момента на валу двигателя (13.2).
Индуктивная катушка
в цепи якоря служит для уменьшения
пульсаций тока.
Тиристорное управление двигателями — EEEGUIDE.COM
Тиристорное управление двигателями. Для использования в управлении двигателем были разработаны различные схемы тиристорного управления в зависимости от типа питания (переменный/постоянный ток), а также типа и размера двигателя.
Для управления двигателем постоянного тока регулируемая мощность постоянного тока от источника переменного тока постоянного напряжения получается с помощью управляемых выпрямителей или преобразователей , использующих тиристоры и диоды. Управление постоянным напряжением достигается за счет включения тиристоров под регулируемым углом по отношению к приложенному напряжению. Этот угол известен как угол обжига а схема управления называется фазовым управлением . Другой базовый метод управления известен как интегрально-цикловое управление . Здесь ток пропускают от источника переменного тока в течение нескольких полных циклов, а затем гасят в течение еще нескольких циклов, при этом процесс повторяется непрерывно.
Управление осуществляется путем регулировки соотношения длительности включения и выключения. Этот метод подходит для управления двигателями постоянного тока мощностью в несколько десятков кВт. Линейная коммутация легко применяется для обеих этих схем управления.
Методы фазового управления и управления с интегральным циклом также применимы для двигателей переменного тока, для которых не требуется схема преобразователя.
Управление двигателями постоянного тока, питающимися от источника постоянного тока, осуществляется с помощью схемы тиристорного переключения, называемой прерывателем . Контроллер прерывателя периодически открывается и закрывается, при этом управление средним напряжением достигается путем изменения продолжительности включения и выключения. Это обеспечивает эффективное и бесступенчатое управление двигателями. Тиристорное управление двигателями также может работать в режиме рекуперативного торможения. Контроллер прерывателя требует принудительной коммутации тиристора.
Для управления двигателями переменного тока, питающимися от источника постоянного тока, используются инверторы на основе тиристоров, транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Эти схемы переключения передают энергию от источника постоянного тока к нагрузке переменного тока с переменной частотой и/или переменным напряжением. Из-за операции переключения формы сигналов переменного напряжения ступенчатые, гармоники которых отфильтровываются двигателем переменного тока. Поскольку источником питания обычно является переменный ток, полная схема получения мощности с переменным напряжением и частотой включает использование как инвертора, так и преобразователя.
Циклопреобразователь — это блок управления для получения мощности переменного напряжения и частоты непосредственно от источника фиксированной частоты без необходимости использования промежуточного каскада постоянного тока. Механизм управления напряжением и частотой представляет собой комбинацию механизмов, используемых в фазоуправляемом преобразователе и инверторе с импульсной модуляцией.
Циклопреобразователи, несмотря на привлекательность прямого преобразования переменного тока в переменный, имеют определенные недостатки, из-за которых они не получили широкого распространения. Вот некоторые из этих недостатков: циклопреобразователи могут производить только субчастотный выходной сигнал, они производят выходной сигнал с высоким содержанием гармоник и имеют низкий входной коэффициент мощности. Циклопреобразователи используются для низкоскоростных приводов и для управления линейными двигателями в высокоскоростных транспортных системах.
силовая электроника — управление двигателем переменного тока с SCR
спросил
Изменено 2 года, 5 месяцев назад
Просмотрено 127 раз
\$\начало группы\$ Я хочу отремонтировать схему смесителя, в которой использовался тиристор TS820.
Остальные компоненты были исправны, кроме тиристора, поэтому я заменил TS820 на BT151, но схема не работала.
Теперь у меня два вопроса
- Можно ли запустить схему с тиристором BT151, заменив резисторы или конденсаторы в цепи?
- Могу ли я использовать тиристоры MCR100 или C106, потому что я не могу найти тиристор TS820?
- двигатель
- силовая электроника
- тиристор
- тиристор
- двигатель переменного тока
Можно ли запустить схему с тиристором ВТ151, изменив резисторы или конденсаторы в цепи?
Возможно, но это может быть сложно. Для BT151 максимальный ток срабатывания Gate составляет 15 мА, а для TS820 требуется всего 0,2 мА. Таким образом, чтобы получить достаточный ток запуска, вам, возможно, придется уменьшить все номиналы резисторов (включая потенциометры) в 75 раз, а также увеличить C1 в 75 раз.